[发明专利]大型分段复合材料壳体连接结构及壳体缠绕方法

说明书

技术领域

本发明涉及无封头壳体纤维缠绕工艺及连接技术，具体涉及一种大型分段复合材料壳体连接结构及壳体缠绕方法。

背景技术

纤维缠绕制品的连接在复合材料结构设计中占有重要地位。事实表明，合理的连接设计不但能够满足使用要求，减轻结构质量，而且可以延长结构的使用寿命。纤维缠绕法是生产纤维增强复合材料火箭发动机壳体理想的工艺方法。壳体一般为两端带有球、椭球或等张力平衡型封头的圆柱壳体，不仅适于纤维缠绕成型也有利于金属接头的包缠连接。而无封头壳体的纤维缠绕与连接，则是复合材料壳体结构设计和成型工艺的瓶颈技术。该类构件在承受内压和附加外力弯矩等载荷作用下，通常会使缠绕壳体与金属接头连接部位这一薄弱环节首先产生破坏而失效。

目前国内分段壳体连接技术多用于金属发动机壳体，复合材料分段壳体技术研究鲜有报道，该技术在国内属于较新领域。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大型分段复合材料壳体连接结构及壳体缠绕方法，该结构和方法能使大型分段复合材料壳体高稳定性连接、高自动化缠绕成型。

为解决上述技术问题，本发明公开的一种大型分段复合材料壳体连接结构，它包括左段火箭发动机壳体、右段火箭发动机壳体、安装在左段火箭发动机壳体左端的左段发动机壳体封头、安装在左段火箭发动机壳体右端的左连接件、安装在右段火箭发动机壳体右端的右段发动机壳体封头、安装在右段火箭发动机壳体左端的右连接件，其特征在于：所述左段火箭发动机壳体和右段火箭发动机壳体通过左连接件和右连接件固定连接，所述左段火箭发动机壳体外侧壁的右端沿周向安装有一圈第一纤维缠绕挂桩，右段火箭发动机壳体外侧壁的左端沿周向也安装有一圈第二纤维缠绕挂桩，通过纤维在每个第一纤维缠绕挂桩和左段发动机壳体封头之间进行螺旋缠绕形成第一螺旋倾斜缠绕层，第一螺旋倾斜缠绕层将左段火箭发动机壳体包裹，通过纤维在第一螺旋倾斜缠绕层外表面进行环向缠绕形成第一环向缠绕层，通过纤维在每个第二纤维缠绕挂桩和右段发动机壳体封头之间进行螺旋缠绕形成第二螺旋倾斜缠绕层，第二螺旋倾斜缠绕层将右段火箭发动机壳体包裹，通过纤维在第二螺旋倾斜缠绕层外表面进行环向缠绕形成第二环向缠绕层。

一种上述大型分段复合材料壳体连接结构中火箭发动机壳体的缠绕方法，其特征在于，它包括如下步骤：

步骤1：将左段发动机壳体封头、左段火箭发动机壳体和左连接件分别安装到芯模上，将左段发动机壳体封头和左连接件安装在左段火箭发动机壳体两端；

步骤2：通过纤维在每个第一纤维缠绕挂桩和左段发动机壳体封头之间进行螺旋缠绕形成第一螺旋倾斜缠绕层，第一螺旋倾斜缠绕层将左段火箭发动机壳体包裹，通过纤维在第一螺旋倾斜缠绕层外表面进行环向缠绕形成第一环向缠绕层；

步骤3：对步骤2得到的缠绕了第一螺旋倾斜缠绕层和第一环向缠绕层的左段火箭发动机壳体进行加热固化，固化完成后进行脱模完成左段复合材料壳体。

本发明的有益效果：

本发明有效解决了复合材料胶接连接传递载荷小，强度分散性大，抗剥离能力差和复合材料机械连接的应力集中，连接效率低等问题；挂桩缠绕成型实现了连续纤维的小角度缠绕成型而不滑线，又可对连接结构进行有效连接。本发明保证了各段复合材料的稳定、可靠连接，又能够满足壳体强度、刚度的承载需要，同时提供更大的轴向拉紧力，结构受载分布更均匀。

附图说明

图1为本发明中左段火箭发动机壳体与右段火箭发动机壳体的连接结构示意图；

图2为本发明中左段火箭发动机壳体缠绕过程的结构示意图；

图3为本发明中右段火箭发动机壳体缠绕过程的结构示意图。

其中，1—芯模、2—左段发动机壳体封头、3—第一螺旋倾斜缠绕层、3.1—第二螺旋倾斜缠绕层、4—第一纤维缠绕挂桩、4.1—第二纤维缠绕挂桩、5—左连接件、6—右连接件、7—左段火箭发动机壳体、8—U型连接环、8.1—伸出部、9—第二销钉、10—盖板、11—第一销钉、12—环形连接凸起、12.1—凹槽、13—密封圈、14—右段火箭发动机壳体、15—右段发动机壳体封头、16—第一环向缠绕层、16.1—第二环向缠绕层、17—销孔。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：